ODTR (optical time domain reflectometry) Optische Zeitbereichs-Reflektometrie

Ein Verfahren zum Messen und Testen von Lichtwellenleitern ist die optische Zeitbereichs-Reflektometrie (OTDR). Mit dem OTDR-Verfahren können Fehler in LWL-Kabeln direkt erkannt, aber auch übertragungstechnische Parameter gemessen und analysiert werden.
Ein Lichtimpuls wird dem Verfahren nach bei der OTDR-Messung von der Quelle des OTDR-Gerätes in die Glasfaser eingespeist. Dieser Lichtimpuls wird innerhalb des Lichtwellenleiters durch die Rückstreuung, das Backscattering, aber besonders an Kabelbrüchen, an Spleißen, LWL-Steckern und Adaptern reflektiert und gelangt zurück zum OTDR-Messgerät, wo er gemessen und ausgewertet wird. Aus der Laufzeit des reflektierten Lichtimpulses kann unmittelbar auf den Fehlerort geschlossen werden. Über die Fehlerart aus dem Dämpfungsverlauf des Impulses können Rückschlüsse gezogen werden. Da Lichtwellenleiter bedingt durch Rückstreuung und Absorption eine Dämpfung aufweisen, ist die Pegelabschwächung des Lichtimpulses das direkte Maß für die Dämpfung des Lichtwellenleiters. An Spleißen entsteht ein höherer Pegelabfall, an Kerben oder fehlerbehafteten Verbindungselementen dagegen eine höhere Reflexion, was zu einer Erhöhung des reflektierten Lichtpegels führt.

Hochgenaue Fehlerortung mit der OTDR-Messung.

Die Energie des Lichtimpulses und dessen Pulsbreite bestimmen das zeitliche und das pegelmäßige Auflösungsvermögen. Lichtimpulse mit größeren Pulsbreite haben gegenüber solchen mit schmalen Pulsbreiten ein geringeres zeitliches Auflösungsvermögen; dafür aber eine bessere Pegelauflösung. Für eine Lichtimpulsbreite von einer Mikrosekunde kann eine ortsbezogene Auflösung von 100 Metern angesetzt werden. Man erreicht also mit einer Pulsbreite von 1 ns eine Auflösung von 10 cm, mit einer Pulsbreite von 100 ns eine solche von 10 m und mit einer Pulsbreite von 10 Mikrosekunden eine Auflösung von 1 km. Die Pegelauflösung wird durch die höhere Energie von breiteren Impulsen jeweils um etwa 5 dB pro Dekade verbessert: Das heißt

ein Lichtimpuls von 100 ns hat eine um 5 dB bessere Pegelauflösung gegenüber einem Impuls mit einer Breite von 10 ns. Typische Faserverbindungen sind durch unterschiedlichste Beeinträchtigungen geprägt, die das Übertragungsverhalten wesentlich beeinflussen. Diese Beeinträchtigungen verursachen Rückstreuungen und zusätzliche Dämpfungen. Zu nennen sind die verschiedenen Spleißverbindungen, der Fusions-Spleiß, der Klebe-Spleiß und der Crimp-Spleiß, LWL-Steckverbindungen und darüber hinaus die unmittelbaren Beeinträchtigungen der Faser selbst, durch starke Biegungen, Brüche oder Risse. Jede der erwähnten Beeinträchtigungen wirkt sich in einer eigenen typischen Reflexionscharakteristik aus und kann daher in der OTDR-Messung direkt erkannt und analysiert werden.

Fehleranalyse mit der OTDR-Messung.

LWL MessgerätODTR Messung 090

Wird mit der OTDR-Messung eine homogene Faser analysiert, so zeichnet sich diese durch eine konstante Rückstreuung aus. Je nach Fasertyp – Monomodefaser oder Multimodefaser – ist diese Rückstreuung geringer oder größer und ein direktes Maß für die Dämpfung über eine bestimmte Entfernung. In der OTDR-Darstellung, bei der in der Vertikalen der Pegel resp. die Dämpfung aufgetragen ist und die Horizontale die Entfernungsachse darstellt, wird eine fallende Linie dargestellt. Wobei das Verhältnis von Vertikalteilen (Delta dB) zu dem entsprechenden Horizontalteil (Delta m) der Dämpfung der Faser entspricht.

Ein Schmelz-Spleiß verursacht ebenso wie eine starke Faserbiegung eine erhöhte Dämpfung. Die OTDR-Darstellung wird einen Sprung nach unten machen.  Mechanische Spleiße oder LWL-Stecker mit Luftspalt, rufen ebenso wie ein Faserriss zuerst eine erhöhte Reflexion hervor, bevor die erhöhte Dämpfung eintritt. Die Darstellung zeigt typischerweise eine Spitze nach oben gefolgt von dem Sprung nach unten.

Am Faserende, das geglättet oder gebrochen sein kann, wird der Lichtstrahl im ersten Fall reflektiert, im zweiten Fall gelangt er ohne Reflexionen in das Medium Luft. Das geglättete Faserende zeigt eine positive Spitze gefolgt von Rauschen. Bei dem gebrochenen Faserende tritt keine Reflexion auf, das Ende wird durch den Dämpfungssprung gefolgt vom Rauschen angezeigt.